Catálogo de Aços Rápidos

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O que é aço rápido

O aço rápido (HSS) é uma liga complexa à base de ferro, projetada especificamente para usinagem de materiais em altas velocidades de corte. Quando usado para corte de metais em alta velocidade, gera altas temperaturas, fazendo com que o aço comum perca sua dureza e capacidade de corte. No entanto, o aço rápido não perde sua dureza, mesmo quando aquecido a temperaturas próximas ao vermelho-escuro, e mantém uma boa dureza de corte.

Composição e Elementos de Liga

Aços rápidos para ferramentas são compostos principalmente de carbono, cromo, vanádio, molibdênio ou tungstênio, ou combinações destes, e, às vezes, quantidades substanciais de cobalto. O teor total de liga em aços rápidos geralmente varia de 20% a 40%. Todos os aços rápidos, sejam eles de molibdênio ou tungstênio, contêm cerca de 4% de cromo. Os diversos elementos de liga presentes no aço rápido são os principais fatores que determinam sua temperabilidade, alta resistência ao desgaste, resistência ao amolecimento térmico e excelente tenacidade, tornando-o ideal para operações de corte industrial.

Os principais elementos de liga e seus efeitos incluem:

• Tungstênio (W)A série T de aços rápidos (HSS) contém tungstênio de 12% a 20%, além de cromo, vanádio e cobalto como outros principais elementos de liga. O tungstênio é um elemento formador de carboneto muito forte, e sua adição substancial produz grandes volumes de carbonetos de liga estáveis em altas temperaturas, aumentando significativamente a resistência ao desgaste e a "dureza ao vermelho". Uma das primeiras classes populares, 18-4-1 (T1), contém cerca de 18% de tungstênio.
• Molibdênio (Mo): A série M contém aproximadamente 3,5% a 10% de molibdênio, com cromo, vanádio, tungstênio e cobalto como outros elementos de liga. O molibdênio, assim como o tungstênio, é um forte formador de carbonetos e contribui significativamente para a resistência ao revenimento e para a manutenção de alta dureza em temperaturas de corte ("dureza vermelha"). Os tipos de molibdênio são geralmente mais baratos e apresentam maior resistência à abrasão e menos distorção no tratamento térmico do que os aços da série T.
• Cromo (Cr)Todos os aços rápidos contêm cerca de 4% de cromo. O cromo forma carbonetos (por exemplo, M).₂₃C₆ e M₇C₃que se dissolvem facilmente em temperaturas típicas de tratamento térmico, promovendo assim a temperabilidade. Também melhora a resistência à formação de carepa em altas temperaturas de usinagem.
• Vanádio (V)O teor de vanádio no aço rápido (HSS) varia e, tipicamente, quando o teor de vanádio aumenta, o teor de carbono também aumenta. O vanádio é um excelente formador de carbonetos, formando carbonetos MC muito duros e resistentes à abrasão. O aumento do teor de vanádio proporciona maior resistência ao desgaste e dureza a quente. O carboneto de vanádio também atua como um agente refinador de grãos.
• Cobalto (Co)O cobalto é adicionado a alguns aços rápidos (HSS) para melhorar a capacidade de corte e é um importante elemento de liga em certos aços das séries T e M. Seu principal efeito é aumentar a dureza a quente, melhorando assim a eficiência de corte quando altas temperaturas da ferramenta são atingidas. O cobalto eleva o ponto de fusão e pode aumentar as temperaturas de tratamento térmico. Embora aumente a dureza a quente, a adição de cobalto aumenta ligeiramente a fragilidade dos aços rápidos para ferramentas. O cobalto não forma carbonetos, mas aumenta o efeito de endurecimento por precipitação de outros elementos de liga.
• Carbono (C)Um alto teor de carbono é crucial para a produção de uma matriz martensítica dura e para a formação de carbonetos primários, ambos responsáveis pela resistência à abrasão. O teor de carbono varia tipicamente de 0,70% a 1,5%. Os aços com baixo teor de carbono são mais resistentes, enquanto os aços com alto teor de carbono oferecem maior dureza e resistência ao desgaste.
• Nitrogênio (N): O nitrogênio geralmente está presente em HSS fundido ao ar em quantidades de 0,02% a 0,03%. Aumentar deliberadamente o nitrogênio para 0,04-0,05% com maior teor de silício pode aumentar ligeiramente a dureza máxima atingível e alterar a morfologia do carboneto.

Tratamento térmico

1. AustenitizaçãoQuando o aço rápido é aquecido a aproximadamente 840 °C, a ferrita se transforma em austenita, e alguns carbonetos de liga podem se dissolver. Quando aquecido a 1120 °C ou mais, todos os carbonetos M23C6 se dissolvem, e até 50% de carbonetos M6C e MC também podem se dissolver. Isso dissolve o carbono na matriz de austenita, fornecendo o teor de liga e carbono necessários para temperabilidade, dureza a quente e resistência ao revenimento.
2. Resfriamento. Após a austenitização, o aço rápido (HSS) pode ser resfriado ao ar parado até atingir uma dureza próxima à máxima, mas geralmente é temperado em óleo morno para uma remoção de calor mais rápida e maior dureza. A têmpera transforma a maior parte da austenita rica em carbono em martensita, mas alguma austenita pode ser retida.
3. TêmperaA microestrutura final após o revenimento consiste principalmente de martensita revenida e carbonetos duros bem distribuídos. O aço rápido é um aço de têmpera secundária. Revenimentos múltiplos podem converter austenita residual em martensita.

Propriedades

1. Dureza. A dureza é a resistência à penetração por um penetrador duro como diamante, medida à temperatura ambiente. Os aços rápidos (HSS) normalmente contêm carbono suficiente para permitir o endurecimento até 64 HRC. Os HSS de uso geral, como M1 e M7, são geralmente tratados termicamente para atingir 64-66 HRC, enquanto os HSS que contêm cobalto geralmente atingem 65-67 HRC. Os aços super-rápidos, particularmente a série M40, podem ser tratados termicamente até 70 HRC.
2. Dureza Quente (Dureza Vermelha). Essa característica é a capacidade do aço de manter alta dureza em temperaturas elevadas. Ela é aumentada principalmente pela presença de cobalto, vanádio e molibdênio. As ferramentas de aço rápido (HSS) podem manter um fio de corte afiado até temperaturas em torno de 650 °C (1200 °F).
3. Resistência ao desgaste. Isso se refere à resistência à abrasão. Ela é fortemente influenciada pela dureza e composição da matriz, pelos carbonetos secundários precipitados (M2C e MC) e pelo volume e natureza dos carbonetos de liga em excesso. Uma dureza maior geralmente leva a uma maior resistência ao desgaste, especialmente em condições de corte abrasivo.
4. Robustez. O aço rápido (HSS) geralmente apresenta boa tenacidade, tornando-o eficaz para operações de corte industrial. Ele é notavelmente mais tenaz do que materiais de carboneto, especialmente em aplicações de corte interrompido. No entanto, a dureza extremamente alta e o alto teor de carboneto podem reduzir a tenacidade em comparação com outros aços-ferramenta. O HSS metalúrgico (P/M) oferece tenacidade aprimorada devido à distribuição uniforme e fina de carbonetos.
5. Temperabilidade. O HSS endurece tão profundamente que quase qualquer seção encontrada comercialmente terá dureza uniforme do centro à superfície.

Classificações

Aqui, usamos o Instituto Americano de Ferro e Aço (AISI) classificação.

1. Série T (Aços para Ferramentas de Alta Velocidade com Tungstênio): Esses aços contêm tungstênio de 12% a 20% e são designados pela letra "T". O T1, também conhecido como 18-4-1 (18% W, 4% Cr, 1% V), é um exemplo clássico. O tipo T1 não contém molibdênio ou cobalto. Os tipos de tungstênio à base de cobalto variam de T4 a T15 e contêm quantidades variadas de cobalto.
2. Série M (Aços para Ferramentas de Alta Velocidade com Molibdênio): Esses aços contêm aproximadamente 3,5% a 10% de molibdênio e são designados pela letra "M". Os aços da série M são geralmente mais baratos e apresentam maior resistência à abrasão e menos distorção no tratamento térmico do que os aços da série T. Os aços com molibdênio de uso geral comuns incluem M1, M2 e M7.

Revestimentos

Os aços rápidos para ferramentas podem ser revestidos com nitreto de titânio, carboneto de titânio e outros revestimentos por deposição física de vapor (PVD) para melhorar o desempenho e aumentar a vida útil da ferramenta. O processo PVD é preferido ao processo mais antigo de deposição química de vapor (CVD) para aços rápidos porque opera em temperaturas mais baixas e elimina a necessidade de tratamento térmico subsequente.

Aplicativos

Os aços rápidos para ferramentas são amplamente utilizados nos tipos mais comuns de ferramentas de corte. Entre eles:

• Ferramentas de torno de ponta única (brocas, ferramentas de corte, pastilhas).
• Brocas, alargadores, machos, fresas, fresas de topo, fresas dentadas, serras e brochas.
• Ferramentas para cortes pesados ou usinagem de alta velocidade.
• Ferramentas de formulário.
• Matrizes de conformação a quente, corte fino e outras aplicações de conformação a quente e a frio.
• Aplicações de rolamentos (por exemplo, rolamentos aeroespaciais).
• Componentes estruturais de alta carga e alta temperatura.
• Ferramentas especiais que exigem propriedades específicas, como a brochagem de estrias envolventes em peças brutas de engrenagens de transmissão de caminhões.

Perguntas frequentes